Jste připraveni realizovat 5G/IoT projekty? Přečtěte si tento článek s přehledem návrhu HDI desek plošných spojů pro 5G a IoT.
Návrh a výroba desek plošných spojů se v průběhu let vyvíjely. Od jednoduchých jednostranných nebo vícevrstvých desek až po vysoce sofistikované desky plošných spojů s vysokou hustotou (HDI). Každý technologický pokrok v oblasti desek plošných spojů lze využít v různých technologiích. Jednou z takových technologií je 5G nebo IoT. UET PCB (https://uetpcb.com/hdi-pcbs/) se specializuje na tyto HDI desky přizpůsobené pro 5G a IoT s optimalizovaným RF a digitálním výkonem.
Proč je HDI potřeba pro 5G/IoT?
Zařízení 5G pracují v extrémně vysokém frekvenčním rozsahu (sub-6 GHz až 28–39 GHz mmWave). Při práci s těmito frekvencemi je třeba zvážit různé konstrukční aspekty, protože:
- Vyšší provozní frekvence má za následek větší ztráty nebo útlum u některých materiálů desek plošných spojů.
- Tolerance uspořádání se snižuje s klesající vlnovou délkou signálu.
- Běžné průchozí otvory mohou vytvářet „pahýly“, které mohou fungovat jako antény.
- Přeslechy a elektromagnetické rušení se zvyšují s provozní frekvencí.
- 5G antény jsou ultra citlivé na vodiče, prostupy a měděné lité konstrukce
Zahájení návrhu 5G PCB
Před zahájením návrhu desky plošných spojů s technologií HDI byste si měli definovat rozložení plošných spojů. Spolu s tím si také definujte zvolený materiál desky plošných spojů.
Materiály plošných spojů pro subGHz
Pokud pracujete v rozsahu pod 6 GHz (3 – 6 GHz), můžete použít vysoce výkonné lamináty desek plošných spojů jako je například:
- Megtron 6 (od společnosti Panasonic)
- I-Speed (z Isoly)
- Rogers 4350B
- Rogers 403C
Pokud ale máte omezený rozpočet, můžete zvolit:
- FR4 nebo FR4 s vysokou teplotou topení
Tyto materiály jsou výrazně levnější než dříve zmíněné materiály. Materiál FR-4 s vysokým bodem skelného přechodu (Tg) je jednoduše FR-4 s vysokou teplotou skelného přechodu (Tg). Tyto materiály můžete použít, pokud to vaše výkonnostní rezervy dovolí.
Materiály pro desky plošných spojů mmWave
Pokud pracujete v mmWave (24-40+ GHz), budete určitě potřebovat laminát plošných spojů s vyšší frekvencí, například:
- Rogers 5880
- Rogers 4350B
- PTFE (lamináty na bázi teflonu)
- LCP (Liquid Crystal Polymer)
- Hybridní stacky
Jakmile definujete materiály pro desky plošných spojů, můžete pokračovat s definováním sady desek plošných spojů HDI.
Jak určit správné uspořádání desek plošných spojů HDI
Před dosažením co nejvyšší hustoty tažení na deskách je nejlepší určit optimální rozložení desek plošných spojů HDI.
Určení provozní frekvence a materiálu plošných spojů
Nejprve určete provozní frekvenci vašeho projektu, která by měla také odrážet, jaké materiály pro desky plošných spojů použít. Jak již bylo zmíněno, existují různé materiály, které můžete použít pro subGHz a mmWave. Dále budete muset znát výrobní proces, který chcete pro danou desku plošných spojů použít.
Směrování s nízkou nebo vysokou hustotou
Hustota směrování určuje, jaký typ vrstvení desek plošných spojů použít. Podívejte se na své součástky, zejména na desky BGA. Rozteče BGA 0.8 mm – 1 mm nepotřebují HDI, zatímco rozteče pod 0.65 mm je potřebují. Příklady nízkých roztečí zahrnují 0.5 mm, 0.4 mm a 0.3 mm. Jemnější rozteče mohou vyžadovat technologii mikroprocesorů nebo via-in-pad.
Určete rozložení energie
Dostatečný počet napájecích, zemních a rovinných vrstev je zásadní pro stabilní dodávku energie. Tento proces ovlivní počet a rozložení vrstev. Zemnící vrstvy navíc pomáhají určit charakteristiky impedančně řízených vedení a stínění signálních vedení. Celkově tyto vrstvy rozhodně ovlivní hustotu trasování.
Určete si svůj Stackup spolu s vašimi designovými potřebami
Váš projekt hodně vypovídá o HDI stackupu, který potřebujete. Například pokud se zabýváte základními RF moduly nebo IoT senzory, můžete zvolit jednodušší stackup. Při přechodu na 5G moduly a čipsety WiFi 6 nebo 7 budete potřebovat jemnější signálovou rozteč PCB a pokročilou strukturu Via. Přechod na 5G modemy a pokročilé IoT brány vyžaduje sofistikovanější struktury Via, vyšší hustotu směrování a ultrakrátké propojovací cesty. Níže je uvedena tabulka, kterou můžete použít jako referenci:
| Skládání HDI PCB | Druh projektu | Výhoda/nevýhoda Stackupu |
| 1-N-1 | Základní RF, IoT senzory, spotřební elektronika | Nízké náklady, jednodušší výroba |
| 2-N-2 | Střední třída RF, 5G moduly, čipsety Wifi 6/7 | Vyvážené náklady, komplexní výroba |
| 3-N-3 nebo 4-N-4 | Špičkové RF, 5G modemy, IoT brány | Vysoká cena, dlouhá dodací lhůta, složitá výroba |
| Libovolná vrstva | Špičkové, servery, letecký průmysl, lékařství, vojenské aplikace | Vysoká cena, nižší výtěžnost, dlouhá dodací lhůta, složitá výroba |
Jak dosáhnout směrování s vyšší hustotou
Použijte technologii Microvia
Mikroprochodky vám umožňují projít úzkými místy na desce plošných spojů HDI a zároveň pomáhají eliminovat výčnělky generující šum. Typ mikroprochodek, které můžete použít, závisí na vašem výrobním procesu. V ideálním případě budete schopni generovat trasování s vyšší hustotou pomocí laserem vrtaných mikroprochodek.
Jednou ze základních technologií, kterou lze použít, je vrstvení mikroprůchodů. Budete moci přecházet z jedné vrstvy do druhé, aniž byste zabírali mnoho vertikálního prostoru. Mikroprůchody můžete také uspořádat střídavě, i když to může zabrat více místa, ale může to být spolehlivější. Střídavé mikroprůchody jsou méně náchylné k praskání, tepelnému cyklování a delaminaci.
Použití Via v Pad
Via-in-pad nabízí již existující průchodku na BGA ploškách. Tato vlastnost může vyžadovat měděnou výplň a planarizaci. Je snazší rozložit průchodku v plošce, protože není nutné je stohovat ani střídat. Pro čisté směrování BGA s ultratenkou roztečí se doporučuje použít via-in-pad. Použití via-in-padu však má i své nevýhody, jako je pronikání pájky, dutiny a praskliny a obavy o spolehlivost.
Používejte jemné stopy linek/mezer
Laser Direct Imaging (LDI) vám může pomoci dosáhnout šířky stop až 75 µm. Pokud potřebujete jemnější čáry, může vám výroba pomocí semiaditivního mědění (SAP/mSAP) pomoci snížit šířku stop až na 25 µm. Upozorňujeme, že při použití těchto pokročilých výrobních technik může být zapotřebí řízený proces leptání.
Proces strategického návrhu
Technik pro návrh desky plošných spojů by se měl ujmout vývoje strategického procesu návrhu desky plošných spojů. Správné umístění kritických součástek, jako jsou obvody BGA a RF součástky/moduly, by mělo být na prvním místě. Pečlivé plánování rozvětvení nebo únikového směrování obvodů BGA umožňuje kompletní směrování sítě na vaší desce; jinak můžete skončit se zachycenými sítěmi nebo vodivými stopami. Kromě toho by všechny linky s řízenou impedancí měly být pečlivě spravovány pomocí nástrojů a strategií pro integritu signálu.
Závěr
Pro dosažení vyšší hustoty zapojení u vašich projektů s deskami plošných spojů pro 5G a IoT budete potřebovat pečlivý výběr materiálu pro desky plošných spojů, pokročilé výrobní procesy a dobře navržené uspořádání desek plošných spojů. Spolu s tím je nezbytné pečlivé rozvržení a techniky směrování součástek, aby se předešlo zbytečným komplikacím a zpožděním při dosažení 100% zapojení. Společnost UET PCB s více než 15 lety zkušeností s výrobou a montáží desek plošných spojů vám může pomoci se všemi vašimi potřebami v oblasti výroby 5G a IoT.